由普通示波器扩展实现简易逻辑分析仪

由普通示波器扩展实现简易逻辑分析仪
由普通示波器扩展实现简易逻辑分析仪
一、逻辑分析仪的介绍
逻辑分析仪（Logic Analyzer）是数据域测试最典型的先进仪器，它能较好地满足数据域测试的各种要求。

逻辑分析仪1973年问世，虽然生产的时间不太长，但是得到了蓬勃的发展。

它不但产量和销售额都增长很快，而且在品种、性能和功能方面也都得到迅速的发展和提高。

逻辑分析仪一方面是分析数字系统和计算机软、硬件最有力的工具，另一方面它本身又与微机紧密结合起来，产生了多种智能逻辑分析仪和个人仪器型的逻辑分析仪插件。

有些逻辑分析仪还与计算机开发系统、仿真器、数字电压表和示波器等结合起来，构成完善的仪器系统。

二、方案的提出
但是逻辑分析仪是一种高端的先进仪器，成本较高，要广泛普及的话投资较大，这使得许多人不能利用逻辑分析仪的先进功能，不得不说是一种遗憾。

而在数字电路的调试过程中，往往要测量多路信号的波形，分析它们的逻辑关系。

如果采用普通示波器，智能测量两路波形，需要两两相测，再进行分析才能得出多路波形之间的逻辑关系，非常麻烦。

因此设想能不能通过利用实验室广泛已有的示波器，外加一些扩展电路来实现简易逻辑分析仪的基本功能。

三．方案设计
对于这个问题我们设计了一种基于示波器进行显示，用外加的部分电路实现逻辑分析仪的数据获取、数据存储功能的方案。

系统结构框图：
要实现的主要功能：
1.可以同时显示4路逻辑信号波形，根据需要也可以扩展为8路；
2.具有多种采样频率
3.采样起点可以控制，可以分段测量被测信号；
4.输出起点可以控制；
5.能同时存储4路逻辑信号采样值，每路的存储容量为1KB，可根据需要扩展。

拓展的硬件电路部分：
硬件电路部分采用了单片机SST89E54，之所以选择它是因为其内部包含有16KB的Flash程序存储器和256字节的辅助RAM，所以不需要外接程序存储器和数据存储器，可以使电路结构简单。

被测信号经过整形等处理后由89E54的P1.0~P3.0口输入，经过采样后存储到内部数据存储器中，P1.4~P1.7口为采样数据输出口，输出信号送到多踪显示电路，为了使示波器能够稳定地显示被测信号，必须由控制系统提供与被测信号同步触发信号，同步信号的起点
和采样的起点同步，同步信号由P3.0口输出，P3.1~P3.4口作为采样起点或输出起点控制信号的输入端，P3.5,P3.6作为采样频率控制输入端，用户可以根据被测信号频率的高低选择相应的采样频率，启动信号由P3.7口输入。

如果对信号的输入输出I/O口进行扩展，可以设计成8路得逻辑分析仪，如果外挂数据存储器，还可以增加逻辑分析仪的存储容量。

接口电路部分：
用示波器作为信号的现实设备时，用示波器的一踪作为输入，因此，必须对输出的信号进行处理，将4路被测信号汇合成1路信号，使它们能同时显示在示波器上。

多踪显示电路如下图所示：
4路输出信号分别与不同的直流电位相加，使4路信号能够显示在示波器Y轴不同位置上，实现信号的分离。

采样起点、输出起点和采样频率用逻辑电平开关控制，软件根据不同的输入调用相应的程序。

测试启动信号设计成单脉冲，以免启动信号长时间为高电平而产生不需要的重复启动，控制系统受到启动信号后，将重新采样和显示。

单片机软件设计部分：
软件设计采用模块化设计，使调测和修改程序方便，程序调测通过固化后加到89E54中。

系统的程序流图如下所示：
示波器显示：
由于示波器的余辉时间一定，基于示波器进行显示的逻辑分析仪可以在不同的频率范围采用不同的扫描方式。

根据多踪显示特点，被测信号频率较低时采用断续扫描显示方式，较高时采用交替扫描显示方式。

四．结论
这样，我们设计出了一个利用普通示波器外加外部电路扩展实现了简易逻辑分析仪，可以很良好地实现简易逻辑分析仪的基本功能和数据域测试的基本要求，且成本又比逻辑分析仪大大降低了。

五．参考文献资料
1、维普中文文献总库
2、百度百科。